3D - Erdmodell: Die Erdstruktur vom Weltraum aus verstehen und modellieren

Forschende: Dr. - Ing. Akbar Shabanloui, Prof. Dr. - Ing. Jakob Flury

Wer zu Hause einen Globus hat, könnte meinen, die Erde sei eine völlig ebenmäßige Kugel. Doch in Wahrheit ist unser Planet sehr ungleichmäßig geformt. Deshalb unterscheidet sich zum Beispiel die Erdanziehung (Gravitation) an verschiedenen Punkten auf der Erdoberfläche. In diesem Projekt soll ein dreidimensionales Modell der äußeren Erdschichten, der Kruste und des oberen Mantel, entstehen, das unter anderem dieses Schwerefeld der Erde abbildet. Durch die Kombination von Schwerefeldmessungen mit anderen (Magnetfeld, Seismograph) lässt sich auf Prozesse im Inneren der Erde schließen, die mit einzelnen Messungen oder Geräten nicht erfassbar wären. Da Satelliten vom Weltraum aus messen, ist eine großräumige und flächendeckende Darstellung möglich. Außerdem passieren die Satelliten die gleichen Bereiche in regelmäßigen Abständen. Auf diese Weise kann beobachtet werden, wie sich das Schwerefeld der Erde über die Zeit verändert.

Die Daten für die Analyse stammen von satellitengestützten Gravitationsfeldmissionen wie GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment), GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) und dem neuen GRACE Follow-On, sowie von Magnetfeldmissionen wie Swarm in Kombination mit bestehenden seismologischen Modellen.

Zusätzlich sollen nicht nur die Veränderungen auf der Oberfläche der Erde, der Lithosphäre, genau beobachtet werden, sondern auch die Prozesse zwischen der Lithosphäre und tieferen Schichten. Nach der Analyse der Daten soll letztlich aus den verschiedenen Arten von Daten aus unterschiedlichen Testgebieten (siehe Abb. 1) ein einheitliches 3D-Modell entstehen.

Unsere Gruppe am Institut für Erdmessung (IfE) verarbeitet und überprüft die Qualität von aus verschiedenen Gravitationsfeldmissionen abgeleiteten Parametern und aktuell veröffentlichten kombinierten Schwerefeld-Modellen (siehe Abb. 2). Es zeigt sich ein starker Zusammenhang mit der Massenverteilung im Inneren der Erde.

Letztlich sollen die Daten und Forschungsansätze des „ESA 3D-Earth Projekt“ frühere Ansätze ersetzen. Das wäre ein erster Schritt, um das Innere der Erde in Raum und Zeit verstehen zu lernen und zukünftig ein 4D-Erdmodell zu entwickeln, das die Zeit als Variable mit einschließt.

Weitere Informationen finden Sie auf dem 3D-Earth Portal.